CN107073837B - 具有容器结构单元的立体光刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立体光刻设备，其包括：用于容纳能通过照射硬化的液态的材料的容器(40)、基底盘(60)、用于在容器与基底盘(60)之间产生相对运动的促动器装置和用于选择性地照射容器中的材料的照射设备(20)。按照本发明，促动器装置和照射设备(20)固定在框架设备(10)上，并且容器和基底盘(60)组合为一个结构单元，并且由容器和基底盘(60)组成的结构单元共同装入框架设备(10)中，在其中借助固定设备可拆卸地固定并且共同从框架设备中移除。

Description

具有容器结构单元的立体光刻设备

本发明涉及一种立体光刻设备，其包括：用于容纳能通过照射硬化的液态的材料的容器、基底盘、用于在容器与基底盘之间产生相对运动的促动器装置和用于选择性地照射容器中的材料的照射设备。

本发明的另一方面是一种用于借助立体光刻制造三维成型体的方法，所述方法具有以下步骤：将容器固定在框架设备上，所述容器中布置有能通过照射硬化的液态的材料，通过多次地重复具有以下步骤的步骤序列逐层地制造三维成型体：借助固定在框架设备上的促动器装置将可拆卸地固定在框架设备上的基底盘相对于容器运动一段预设的层厚，通过液态的材料填充由于相对运动产生的间隙，并且选择性地使布置在间隙中的材料硬化，方式为借助固定在框架设备上的照射设备选择性地照射在待硬化的区域中的材料。

这种类型的立体光刻设备和方法用于制造三维的物体。立体光刻技术原则上使用液态介质作为原始材料，所述液态介质可以通过射线作用硬化，也就是进入固态。通常在立体光刻中使用光硬化的塑料，如丙烯酸酯基或者环氧基的树脂系。然而也可以使用其它类型的能够通过射线硬化的材料。为了硬化使用射线，所述射线作为可见光、紫外线或者其它具有适合于使材料硬化的波长的电磁射线使用。

在此，立体光刻的原理是逐层地构造三维成型体，方式为由可硬化的材料制造依次相续的层。所述层在此这样硬化，使得分别有一个剖切成型体的相应横截面受到照射并且因此选择性地硬化。同时，通过所述硬化，选择性硬化的层部分与在之前步骤中制造的层相连。所述原理在功能上这样实现，即成型体构造于基底盘上，所述基底盘连续地在可硬化材料的液体池中下降一个层厚的距离，其中，在基底盘的每次逐层下降之后通过相应地选择性照射已经运动到通过基底盘的逐层下降形成的空间中的液态材料选择性地，也就是在预设的部分区域中进行硬化。

US 4,575,330在图3中示出这种立体光刻设备，其按照基底盘连续下降到液体池中的原理工作并且由此分别在液体池表面上形成的液体层选择性地硬化，以便由此逐层地制造成型体。在相同专利文献的图4中显示了与之相反的原理，其中，基底盘连续地在液体池中抬升并且成型体构造在基底盘的底侧上，方式为通过容纳液体的盆的可透过射线的底面照射通过基底盘的逐层连续抬升形成的新的液体层。

原则上这两个原理适用于借助立体光刻方法制造单独的原型。然而他们具有不利于实际操作和快速进行立体光刻过程的不同缺点。因此一方面在具有平台下降和从上方的曝光的立体光刻方法中需要液体盆中大量的液体，并且制造完成的成型体的取出以及未硬化的液体材料的排放均是耗费和难以操作的过程。尽管在具有平台提升和从下方的曝光的立体光刻中原则上要求较少的液体量，但液位必须总是保持这样的水平，从而即使在制造方法中产生消耗并且所消耗(硬化)的液体材料由池中升起时也能确保液体的可靠塑性流动。因此，通常在此也填充了较大量的液体。

然而在所述方法中存在的基本问题是，硬化的液体可能分别粘附在液体盆的射线可穿透的底面上。为此，由EP 1 439 052B1已知一种用于借助薄膜避免粘附的耗费的措施和设备。然而在使用这种薄膜时的问题是，防粘薄膜也倾向于以较小的程度粘附在制造于其上的层的硬化区域上。这种粘附不能通过用于制造下一层的较小基底盘运动克服，因此形不成被液体填充的缝隙。因此已知的是，将基底盘提升较大的路程，以便可靠地使最后制造的层与防粘薄膜脱离并且随即再将基底盘下降，以便制造下一层。然而这种方式耗费时间。

为了缩短制造时长已知的是，检测提升基底盘所需的力并且根据所述力确定最后制造的层与防粘薄膜之间的脱离并且紧接在脱离之后将基底盘降低。但这种方式要求设置力传感器和耗费的调节装置并且业已证明容易出错。

另一在已知构造方式的立体光刻设备和方法中出现的普遍问题是，需要相对于液体器皿、基底盘和射线定向的定位校准基底盘。射线通常作为激光射线或者聚焦的光路或者被遮蔽的射线图像提供，并且为了制造具有较小公差的成型体，一方面需要基底盘或者分别待硬化的层的精确相对定位，另一方面需要照射设备。在从下方照射的方法中，还附加地需要相对于容纳液体的盆精确地定位。对于精确地制造成型体必须的是，基底盘相对于构造有成型体的表面准确地平行于液体表面(在从上方照射时)或者准确地平行于盆底部(在从下方照射时)定向，以实现第一层的均匀的层厚并且避免之后的层的连续误差。机械运动构件的定位或者参照或校准是耗时且易出错的并且由此减慢了借助立体光刻的制造过程或者提高了制造尺寸不够准确的成型体的风险。已知的是，基底盘在定义的位置中耦连在促动器上并且由此实现基底盘相对于盆底部的平行性(x轴和y轴)并且实现垂直原始位置的准确移动(z轴)。然而，耦连和定位过程耗时并且由此引起了制造过程的减缓。

另一问题在于，为了所需构件的参照目的，必须存在用于立体光刻设备的使用者的观察可能性，以便能够执行和监测参照过程、起始点的移动和方法的流程。为此目的已知的是，将透明的盆容器用于容纳液体，并且将所述盆容器设计得这样大且开放，使得使用者能够看到并且使用者也能够用手操作基底盘。然而对此不利的是，由于这种必要性可能污染液体池并且由于出现的光作用可能使在不期望的区域中可能部分硬化的液体的质量变差。最后，已知的立体光刻设备的另一缺点在于，由于通常长时间的校准可能在液体池中出现分解并且尤其在多个制造过程依次在一个液体池中进行时，这种分解可能伴随可硬化的液体的性质变差出现。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种立体光刻设备，其实现了在时间上更迅速的制造，而不会由此提高污染和不期望的光作用的风险。

该技术问题按本发明通过本文开头所述类型的立体光刻设备解决，其中，促动器装置和照射设备固定在框架设备上，并且容器和基底盘组合为一个结构单元，并且由容器和基底盘组成的结构单元共同装入框架设备中，在其中借助固定设备可拆卸地固定并且能够共同从框架设备中移除。

按照本发明对这种立体光刻设备进行扩展设计，使得将液体盆设计为容器并且设计在具有基底盘的结构单元中。因此，容器和基底盘不需要如现有技术中那样作为单独的盆一方面装入框架设备中并且锁定在其中并且另一方面作为基底盘装入框架设备中并且锁定在其中。取而代之，由基底盘和容器组成的结构单元在预装配的设计中共同地并且因此在一个步骤中装入框架设备中。通过这种作为结构单元的设计，基底盘已经相对于容器布置在定义的位置中。这由此具有的优点是，用于基底盘的起始点相对于容器的移动和参照过程可以完全取消，因为已经存在基底盘在容器中相对于所有三个空间方向的明确位置，或者显著地简化了参照过程，因为基底盘相对于容器的定位已经相对于一个或两个空间方向被定义。

按照本发明的实施形式中还有利的是容器中的液体的污染显著减少并且由于总体强度较小的需要用液体进行的手动操作，液体中的轻质液态组成部分的蒸发较少。由此，液体在明显更长的时间间隔内保持可使用并且由此不需要经常更换。这实现了在容器中预留较大量的液体，即在容器中提供较高的液位。由此再次实现的液体底部区域中的较高流体静力学压力对于制造过程有两个直接的优点：(i)其使液体更好地塑性流动到缝隙中，所述缝隙在将制造完成的层从容器底部抬升之后形成。(ii)在使用防粘薄膜时其使薄膜更好地压紧在容器的底板上。

按照本发明使用的容器优选具有圆柱形的形状，其具有垂直竖立的圆柱体轴线，备选地，多边形的形状在某些应用中也是有利的。容器的内部空间容积优选大于0.25升、0.5升或者1升的下边界和/或更优选地不超过0.5升、1升或者2升的上边界。容器的直径优选大于2.5cm、5cm或者大于10cm和/或不大于5cm、10cm或者20cm。

照射设备优选设计用于实现2s至30s的曝光时间和0.5至1W/mm²、尤其是0.7+/-0.1W/mm²的曝光能量。照射设备优选设计用于发出波长在300nm至900nm、尤其是315至490nm的射线和/或更优选地在被照射平面中具有至少600×800像素、优选1920×1080像素的分辨率。被照射平面优选不小于25cm²，尤其不小于50cm²。

促动器装置优选设计为，使得最小进给距离并且由此使成型体的单层的最小层厚不大于0.001mm、0.01mm或者0.1mm。

结构单元在此理解为部件的汇总，所述部件机械地直接相连并且因此彼此处于确定的位置或者定向中。因此，结构单元可以由使用者单独地操作，而在此不需要由使用者保持包含在结构单元中的部件彼此的位置。容器和基底盘在此可以可拆卸地和/或通过相应的导引件相互连接，因此也可以将容器和基底盘分隔开。

通过将容器和基底盘设计为结构单元还省去了将立体光刻设备内部的基底盘置入液体盆或者容器中、在其中进行调校并且移动参考点的必要性。因此，不再需要通过使用者在立体光刻设备内部对基底盘或者容器进行手动操作和操控，并且这允许了将容器和基底盘的尺寸设计得更紧凑并且使它们的尺寸这样相互协调适配，使得只需要较小的容器尺寸。由此可以减少容器内部的液态材料的量并且通过较小的容器降低了污染风险。

最后，通过将容器和基底盘设计为结构单元，使用者不再需要视觉检测在容器内部的基底盘并且监测其定位和定向。按照本发明的立体光刻设备的容器由此不需要是能透光的(以便实现这种视觉观察)，而是可以设计为部分不透光的，以防止射线不期望地进入容器内部空间。

基底盘优选具有下部平面，其带有设计于其上的向下突出的间隔垫片。这使得基底盘能够在构造第一层之前例如单纯地由于重力作用下沉，并且能够放置在容器的底板上，并且在此保持足够用于制造第一层的间隔。所述间隔垫片可以尤其设计为外部环形突起，例如凸缘。由此在容器底板与基底盘之间出现相对运动时避免了底板或者布置在该处的防粘薄膜在对于制造过程较为重要的中间区域中受损。间隔垫片可以具有层厚的高度或者更小的高度。

按照第一优选实施形式规定，所述容器具有不能被照射设备的射线穿透的侧壁。容器原则上可以设计为，使得其具有矩形的横截面，也就是整体上设计为立方体形，并且因此具有四个侧壁。在这种情况下，所述侧壁之一、多个侧壁或者所有侧壁可以是不透射线的。同样考虑具有圆形横截面、也就是圆柱形侧壁的容器形状。在这种情况下，整个圆柱形侧壁可以是不透射线的或者圆柱形侧壁的区段设计为不透射线的。

不透射线在此理解为侧壁至少对于照射设备的射线是不透的，也就是反射或者吸收了射线。这不排除侧壁对于具有其它波长的射线也是不透的。尤其优选的是，侧壁对于导致液态材料部分或者完全硬化的所有波长范围内的射线均是不透的。通过这种设计方案，液态材料可以在较长的时间间隔中储存在容器中，而其质量在此不会变差。由此可以排除或者明显降低材料由于散射光线或者其它射线源的不期望的硬化。

按照另一优选实施形式规定，所述容器具有能够被照射设备的射线穿透的底板并且照射设备设计用于从下方将射线导入容器中。通过能够被照射设备的射线穿透的底板，能够在容器内部构造三维成型体，方式为借助射线作用从下方逐层地硬化。这种从下方照射和在容器内部逐渐抬升基底盘的配置对于立体光刻设备的按照本发明的设计方案是特别有利的，因为在这种工作方式中，容器不需要实现射线从上方的进入并且因此可以构造得特别紧凑和封闭。

在此还优选的是，在底板的指向容器内部空间的一侧设有防粘涂层。通过底板的这种设计可靠地防止了硬化的材料粘在底板上。防粘涂层在此理解为直接施加在底板上的材料层，也就是其通过直接黏性的力粘附在底板上。这种防粘涂层相对于防止粘附的薄膜是有利的，因为它们以可靠的方式使得在成型体与底板之间形成缝隙，当基底盘被抬升一段层厚时，液态材料塑性流动到所述缝隙中。作为这种防粘涂层尤其适合使用氟化塑料，例如全氟烷氧基聚合物(PFA)或者氟化乙烯丙烯聚合物(FEP)，它们具有非常小的黏性并且因此可靠地将硬化的层与底板分隔开。

作为对所述实施形式的备选，可以按照本发明在底板的指向容器内部空间的一侧设置防粘薄膜，例如FEP或者PFA薄膜，并且所述防粘薄膜在各个方向相对于底板流体密封地绷紧并且在防粘薄膜与底板之间流体密封地形成大于零的预定义的容积。这种防粘薄膜可以与防粘涂层一样可靠地防止成型体的最下层粘附在底板上。防粘薄膜还具有的优点是，其在防粘效果降低时能够轻易地更换，而不需要为此更换底板，对于防粘涂层通常需要更换底板。

由EP 1439052B1已知一种这样的防粘薄膜。与由现有技术已知的技术相反，按照本发明规定的防粘薄膜在各个方向相对于底板流体密封地绷紧并且因此在底板与防粘薄膜之间流体密封地形成预定义的容积。由此实现了所形成的容积的形状改变并且因此防粘薄膜的轮廓能够相对于底板的几何形状改变。轮廓改变的可能性允许当成型体与防粘薄膜脱离时，在所有类型的成型体最下层几何形状中均出现剥离效果，由此能够在耗费较少的力的情况下使成型体与防粘薄膜脱离。在这种脱离过程中不会有流体，也就是没有气体或者液体进入防粘薄膜和底板之间的空隙中，由此不需要受控地排走这些流体，以便使由防粘薄膜、底板和处于其间的容积组成的系统的光学折射或者反射特性保持恒定。

更优选的是，底板可拆卸地并且密封地与容器侧壁相连。原则上底板可以与容器侧壁集成地，也就是不可拆卸地并且一体地设计，由此实现侧壁与底板之间的可靠密封。然而有利的是，底板可拆卸地并且密封地与容器侧壁相连，以便在例如底板的射线穿透性由于多次使用降低或者防粘层的性能不再令人满意时，实现底板的更换。在此，可以设想将底板固定在容器侧壁上的不同可能性。尤其优选的是，底板形状配合地固定在容器侧壁上，以便由此实现底板相对于容器侧壁的按照定义的位置。这种按照定义的位置对于之后由容器和基底盘组成的结构单元在立体光刻设备中的参照是有利的，因为由此可重复再现地实现了底板的上部面位置。

按照本发明的立体光刻设备还可以通过盖子扩展设计，所述盖子可拆卸地与容器相连、封闭容器并且优选不能被照射设备的射线穿透。通过这种盖子，容器也在其上侧被封闭并且由此防止了颗粒、污物或者类似物从上方进入容器内部空间。在此，容器的盖子可以同样对于照射设备的射线是不透的，以便通过盖子在较长的时间间隔内保持容器内部的液体材料的质量。盖子优选可拆卸地与容器相连，即尤其可拆卸地与一个或多个容器侧壁相连，以便能够取下盖子并且将基底盘连同所制造的成型体从容器内部空间中移除。优选盖子流体密封地封闭容器，也就是相同的气体和液体密封。

在此特别优选的是，所述促动器装置包括耦连杆，所述耦连杆与基底盘相连并且延伸穿过盖子并且优选在盖子中导引用于沿耦连杆的纵向进行轴向移动。按照所述实施形式，由容器和基底盘组成的结构单元还包括耦连杆，其与基底盘相连并且延伸穿过盖子。所述耦连杆在盖子上导引，也就是尤其导引穿过盖子中的导引凹槽并且相对于两个空间方向支撑在其上并且因此导引用于沿一个空间方向运动。借助耦连杆能够以简单的方式将基底盘与促动器装置耦连并且将促动器装置的运动传输至基底盘，以便在制造过程的过程中逐渐抬升基底盘。在此，耦连杆原则上也可以相对盖子扭转地导引，例如方式为耦连杆具有非圆形的横截面轮廓并且在相应一致的非圆形导引套筒内在盖子中导引。由此，在将盖子相应地抗扭固定在容器上时，实现了容器、基底盘和耦连杆相对于框架设备的可重复再现的定位，因此参照过程准确和简单，甚至可能使得在制造过程中断时取出和重新设置容器不一定导致决定性的制造不准确性。在此，所述非圆形的横截面轮廓或者抗扭装置优选可以只在构造成型体期间在相应的抗扭导引件中运行的耦连杆区段上延伸。

耦连杆优选可以与可拆卸的锁定设备共同作用，所述锁定设备设计用于在位置上相对于垂直(z)轴线锁定耦连杆，在所述位置中，基底盘从底板上抬升，优选直至与容器的盖子相邻的区域，也就是约在容器的上部四分之一或者五分之一中抬升。借助耦连杆的这种锁定和旋转，能够在成型体制造完成之后将其定位在液体池上方并且过多的液体可以滴下来。通过附加地围绕z轴旋转，耦连杆并且由此通过基底盘固定在其上的成型体还可以旋转。由此在过多的液体材料上施加离心功能，所述液态材料由此向外甩出，由容器侧壁收集并且回引到液体池中用于之后使用。为了进行所述旋转，可以在耦连杆的上端部设置相应的手柄，或者耦连杆可以与促动器耦连，以便耦连杆围绕其纵轴线旋转。按照本发明的锁定设备可以例如设计为耦连杆中的环形槽的形式，框架设备上的锁定元件卡锁在环形槽中，其中，锁定元件例如可以是沿径向受到弹簧负荷的球体。

耦连装置例如可以处于螺栓连接中或者是夹紧装置，其能够通过快速扣合件、例如曲杆扣合件打开和关闭。耦连杆这样固定在耦连装置中，使得耦连杆能够将相对运动从促动器装置传递至基底盘。原则上可以理解为，可以在耦连装置与促动器装置之间设置多个机械的力传递元件。

按照本发明的立体光刻设备的另一优选实施形式具有电子控制设备，其设计用于控制成型体的逐层制造，方式为促动器装置和照射设备执行具有以下步骤的步骤序列：借助固定在框架设备上的促动器装置将可拆卸地固定在框架设备上的基底盘相对于容器运动一段预设的层厚，通过液态的材料填充由于相对运动产生的间隙，并且选择性地使布置在间隙中的材料硬化，方式为借助固定在框架设备上的照射设备选择性地在待硬化的区域中照射材料，所述电子控制设备还设计用于在步骤序列开始之前控制混合过程，在所述混合过程中，促动器装置至少一次、优选多次地被控制用于在多个层厚的路程上进行反转的相对运动。按照这种优选实施形式，借助电子控制设备控制制造流程，所述电子控制设备被编程用于相应地控制促动器装置和照射设备。所述控制设备为此目的与促动器装置和照射装置在信号技术上耦连并且将控制信号发送给这些装置。控制设备一方面控制借助促动器装置的基底盘逐层运动的步骤序列和通过照射设备对分别流入自由空间中的液体的照射(所述层的区段依次地硬化)。控制设备还设计用于控制混合过程。在混合过程中，控制促动器装置并且基底盘一次或者多次地向上和向下运动，其中，基底盘走过的路程大于一个层厚并且优选包括多个层厚。通过基底盘的这种运动，容器中的液体被混合，因此在较长时间的储存之后可能出现的分离过程可以由此被取消。混合运动设计为反转的相对运动，也就是基底盘分别进行至少一次往复运动，优选进行多次往复运动，以便通过这种上下运动实现混合。

作为对此的备选或补充，电子控制设备还可以设计用于在成型体的制造过程的最后进行的步骤序列之后这样控制促动器装置，使得基底盘和逐层制造的成型体运动到处于容器中的液态材料上方的位置中。这尤其有利于使没有硬化的液体从成型体之上和之中滴下来。必要时也可以在这么长的路程上控制促动器装置，使得基底盘和成型体连同容器的盖子被抬升并且从容器中导出，以便向上拉出成型体并且使设备的操作者可以看到制造过程的结束并且能够取出成型体。

按照另一优选实施形式，立体光刻设备通过布置在容器内部的照明装置扩展设计，所述照明装置设计用于通过可见光照亮容器的内部空间，所述可见光的波长不适合于使液态材料硬化，或者立体光刻设备的特征在于第二容器，所述第二容器具有布置在第二容器内部的照明装置，所述照明装置设计用于通过射线照亮容器的内部空间，所述射线的波长适合于使液态材料硬化，其中，框架设备具有用于选择性地将所述容器或者第二容器固定在定义的位置中的固定单元。这种照明装置可以用于通过可见光照亮容器的内部空间，以使设备的使用者能够控制制造进程并且检测容器内部的其它对于制造较重要的特性。在这种设计方案中并且根据目的合理的是，将照明装置设计在容器和具有所述容器的结构单元中，所述容器也包含基底盘。备选地，这种照明装置也可以用于使制造完成的成型体后硬化。在这种后硬化中，通过波长适用于使液态材料硬化的射线照射整个成型体，所述照射不是选择性地进行，而是不集中地整体照射。在这种实施形式中，照明装置有利地布置在第二容器中，在制造过程之后可以将制造完成的成型体装入第二容器中。第二容器可以取代进行了制造的容器装入框架设备中并且锁定在其中，或者可以是已经安装在框架设备中，成型体由此通过相应的促动器运动和移动从一个容器移动到另一容器中，或者将第二容器移动到进行了制造的容器的位置上，两个容器例如以转塔运动的方式运动。

按照本发明的立体光刻设备还可以通过另一容器扩展设计，所述另一容器具有盖子和布置在另一容器中的基底盘，所述基底盘与导引穿过盖子的耦连杆相连，其中，所述框架设备具有用于选择性地将所述容器或者另一容器固定在定义的位置中的固定单元。所述另一容器，也就是第二或者第三容器可以用于不同目的。按照本发明的立体光刻设备以特别的方式适用于预存一个、两个或者多个容器并且装入框架设备中或者以已经装入的储备的形式保持在其中并且能够通过相应的滑移设备交替地这样定位，使得容器的相应耦连杆能够与促动器装置耦连或者耦连在促动器装置上的耦连杆能够与固定在其上的基底盘移动到容器中。由此，另一容器可以用于预存清洁液体，通过所述清洁液体能够将多余的、没有硬化的液态材料从制造完成的成型体上移除。另一容器可以备选地用于在其中预存其它液态的可硬化的材料，其具有基底盘和必要时具有盖子和耦连杆，以便能够在一个容器中的制造过程结束之后直接开始在另一容器中的制造过程。

本发明还涉及在硬化方法(在唯一的步骤中在待硬化层上形成二维图像)中光强度分布不均的问题。在扫描方法中的曝光或者硬化中(例如借助选择性偏转的激光)，在待硬化层的每个位置上的曝光强度足够均匀，但在具有成像的成像方法的硬化方法中出现如前所述的问题，因为待硬化层内部的曝光强度在不同位置上是不同的。这些不同之处的原因是光源或者成像的光学装置在其空间光线分布方面的不均匀性。由WO 2012/045951A1已知，校准立体光刻设备以避免这些不同的曝光强度并且通过相应适配的曝光控制补偿这些不均匀性。然而由此提高了制造时间。对此还不利的是，在很多立体光刻设备中在使用寿命期间出现不均匀性的改变，因此需要或者建议以规则的时间间隔或者甚至在每个制造过程之前进行这种校准，以便实现所制造的成型体的较高质量。但这进一步提高了制造时间。

由EP 0 775 570A2已知一种立体光刻的方法和设备，它们使用激光器或者UV灯作为照射设备。为了补偿这种射线源的光强度的不均匀性，在这种技术中建议在光路中使用均匀化装置。这种均匀化装置尽管业已证明适合用于降低射线源的由于制造或者系统造成的不均匀性并且甚至消除不均匀性，但不能补偿可能由于老化影响、污染和类似情况出现的改变。因此，在此也不能在追求较高的制造质量时取消规定的校准，所以又需要不利地影响制造时长的过程步骤。

本发明所要解决的技术问题同样在于，提供一种立体光刻设备，其实现了在时间上较迅速的成型体制造。

所述技术问题按照本发明通过一种立体光刻设备解决，其包括：用于容纳能通过照射硬化的液态的材料的容器、基底盘、用于在容器与基底盘之间产生相对运动的促动器装置、用于选择性地照射容器中的材料的照射设备，所述照射设备包括射线源和成像的掩蔽装置以及用于控制照射设备的控制装置，所述立体光刻设备的特征在于设有射线均匀化装置，所述射线均匀化装置布置在射线源与成像的掩蔽装置之间的光路中。

按照本发明的这方面通过射线源解决了不均匀曝光的问题，方式为在射线源与成像的掩膜装置之间使用射线均匀化装置。这种射线均匀化装置是通过射线反射和/或射线折射效应作用的射线传导元件，其对于光学射线例如作为光线均匀化装置或者光线混合杆已知。这种射线均匀化装置可以有利地构造为，使得其具有射线入射面，射线从射线入射面出发通过射线导引体积导引至射线出射面并且在此没有直接从射线入射面延伸至射线出射面的射线在侧面上通过全反射或者光谱反射进行反射并且回到射线导引体积中。射线均匀化装置尤其可以设计为射线传导杆或者光线传导杆。在此，它尤其可以设计为横截面呈四边形或者多边形并且优选在横截面中具有六个或者多个角。

特别优选的射线均匀化装置的尺寸是：

-长度不小于20mm，尤其不小于25mm或者50mm，

-长度不大于25mm，尤其不大于50mm或者100mm，

-最大横截面对角线不小于2mm、4mm或者尤其是8mm，和/或

-最大横截面对角线不大于4mm、8mm或者尤其是20mm。

射线均匀化装置通过在射线横截面上进行射线混合实现对不均匀性的补偿并且由此产生在整个射线横截面上更均匀的射线。在此，均匀化效果通常取决于射线均匀化装置的尺寸，例如取决于其沿射线方向的长度。射线均匀化装置优选设计为，使得其达到使强度差小于20％、小于10％并且尤其是小于5％或者小于3％的均匀化效果。强度差在此理解为在整个被照射横截面的局部测量区中的射线强度相对于整个被照射横截面与在整个被照射横截面的平均射线强度的差。

在此，曝光区域上的射线强度的均匀性可以如下地确定：将被照射的横截面，也就是通常在基底盘表面上的最大曝光区域在矩形的曝光区域中划分为10×10的相同大小的测量区，方式为将两个棱边长度分为10个相同大小的部分长度并且定义具有十个区的棋盘状图案。对于被照射的非矩形的横截面，围绕横截面的外轮廓设置矩形并且将所述矩形相应地分为10×10的相同大小的测量区。接着借助测量传感器确定射线强度，所述测量传感器的测量面的直径为7.5mm至12.5mm。对于这100个测量区中的每一个进行测量，其中，当测量传感器居中地设置在测量区中时，传感器直径的整个测量面完全处于被照射的横截面中，其中，不考虑测量头的测量传感器在居中位置时伸出被照射的横截面的那些测量区。测量区在此也可以小于传感器直径。为了测量强度，可以使用Opsytec Dr.

公司的辐射计RM-12，其中使用针对相应的波长存在最大光谱敏感度的传感器。

按照优选的实施形式规定，所述照射设备包括聚焦装置，例如光学透镜或者具有多个光学透镜的物镜装置，所述聚焦装置布置在射线源与射线均匀化装置之间的光路中。借助这种聚焦装置能够以有利的方式将射线源的光强度会聚到射线均匀化装置上并且由此提高射线产出。

按照另一优选实施形式规定，所述射线均匀化装置是射线传导元件，所述射线传导元件沿纵向从射线入射面延伸至射线出射面并且具有反射射线的侧壁，并且射线强度传感器耦连在侧壁上，并且在射线强度传感器的耦连区域中侧壁能够至少部分或者完全地传导射线。按照这种实施形式，射线均匀化装置可以优选设计为射线传导杆，其横截面设计为具有规则或者不规则的棱边长度的多边形横截面或者设计为其它几何形状的横截面。

此外优选的是，所述射线均匀化装置是沿着纵轴线延伸的实心体，所述实心体具有多边形的横截面。这种方式设计的射线均匀化装置尤其适用于包括可见光的射线范围。

在此还优选的是，所述射线均匀化装置由透明的材料、尤其由玻璃如硼硅酸盐-冕牌玻璃构成或者包括所述材料并且通过在射线均匀化装置的一个或多个侧壁上的全反射对通过射线均匀化装置的端面入射到射线均匀化装置中的射线有射线导引的作用。通过这种射线均匀化装置，使用具有较低的射线损耗功率的成本低廉的构件，以产生均匀的射线。

立体光刻设备可以通过一种射线强度传感器扩展设计，所述射线强度传感器耦合到处于成像的遮蔽装置之前的区域中的照射设备的光路之中或者之上，以检测射线源的照射强度，并且所述射线强度传感器与控制装置在信号技术上相连。按照这种扩展设计提供了射线强度传感器。所述射线强度传感器布置并且用于检测射线源的射线强度。因此其不同于以下传感器元件，所述传感器元件用于对照射区或者照射平面进行校准并且为此目的在局部达到的射线强度方面以较高的分辨率检测被照射表面。按照本发明避免了这种耗费的传感器技术，因为其在构造按照本发明的立体光刻设备之后不需要检测具有位置分辨率的照射强度。

取而代之，射线由射线源首先经过射线均匀化装置并且在所述射线均匀化装置中转化为均匀的射线，其在位置分辨的观察中具有均匀的射线区。由此完全地补偿了来自射线源的制造产生的射线强度的位置分辨率中的不均匀性。

按照本发明还规定了一种射线强度传感器，其检测处于成像的掩膜装置之前的射线源的射线强度。因此，所述射线强度传感器提供了信号，所述信号通过唯一的强度值表征射线源的射线强度并且不提供射线轻度的位置分辨率。由此确定了简单的特征值，其表征射线源中例如可能由于老化或者因为污染或者由于射线源变化的能量供应出现的射线强度变化。通过射线强度传感器确定的射线强度被传输至控制装置，所述控制装置控制照射设备。因此，按照本发明给控制装置提供了简单但有说服力的信号，其可以用于以这种方式控制照射设备，从而能够补偿射线源的射线强度变化。

因此，本发明避免了重复校准的必要性，因为本发明通过将射线均匀化装置和简单测量的射线强度传感器相结合能够完全补偿导致可能在按照本发明的立体光刻设备的照射设备中出现不均匀或者不充分的照射的原因。由此缩短了制造过程并且简化了立体光刻设备的结构和控制技术上的设计。

按照具有射线强度传感器的立体光刻设备的一种优选实施形式规定，所述射线强度传感器耦合到射线均匀化装置之上并且检测一部分引入射线均匀化装置中的射线。射线强度传感器在射线均匀化装置上的耦合按照本发明理解为这种形式的耦合，使得射线从射线均匀化装置入射到射线强度传感器中。这种耦合可以通过将射线强度传感器与射线均匀化装置的发出射线的表面相间隔地布置实现。耦合能够以更直接和更有效的方式实现，方式为将射线强度传感器以光传导表面直接设置在射线均匀化装置的光传导或者光反射的表面上并且由此部分或者完全地抑制表面的反射，因此射线均匀化装置的表面在设有射线强度传感器的射线传导面的区域内是能透过射线的。这种耦合允许实现用于直接来自射线均匀化装置的射线源的射线强度的牢固和可靠的测量装置，而在此不会影响用于制造过程中的之后照射的射线质量。

尤其优选的是，将射线强度传感器耦连在射线均匀化装置的侧壁上，并且在射线强度传感器的耦连区域中侧壁能够至少部分或者完全地传导射线。所述结构实现了紧凑和相对污染不敏感并且可靠地提供测量结果的测量装置。在此以有利的方式确定代表由射线源发出的总射线功率的射线强度值。

更优选的是，控制装置设计用于由射线强度传感器的传感器数据确定射线源的功率因数并且根据所述功率因数控制照射时长和/或向射线源的能量输入。按照这种实施形式，确定功率因数，所述功率因数尤其可以这样确定，从而与当前通过射线强度传感器确定的射线功率相关地设置参考功率或者在较早的时间点、例如在设备启动时的原始时间点由射线源发出的功率。因此，功率因数呈现了关于射线源的射线功率降低的相对说明并且同样可以表征射线功率的提高。随即根据这种功率因数可以通过控制装置进行控制或者调节。由此可以例如提高或者降低向射线源的能量输入，以便补偿射线强度的降低或者提高。作为备选或者补充，同样可以提高或者降低用于使立体光刻设备的制造过程中的层硬化的照射时长，以便补偿射线源的射线强度的降低或者提高。不言而喻的是，控制或者调节的方式可以设计为，使得以规则的时间间隔检验射线源的射线功率，并且确定功率因数，以便随即对上述参数之一进行一般的校正。这种规则的时间间隔可以例如是一个运行小时或者多个运行小时。同样可以在每个制造过程中进行一次这种补偿或者在制造过程内针对每层或者多层、例如每五层进行补偿，以便实现制造精度的提高。

具有射线强度传感器的立体光刻设备可以通过温度传感器扩展设计，所述温度传感器检测射线强度传感器区域内的温度并且与控制装置耦连，以传输表征所述温度的温度传感器信号。在这种设计方案中，控制装置优选设计用于根据温度传感器信号使射线强度传感器的测量特征曲线适配或者用于根据温度传感器信号改变射线强度传感器信号。通过这种扩展设计，解决了射线测量值与测量温度相关的问题和在按照本发明的立体光刻设备中在射线强度传感器区域内出现的温度波动，方式为为此检测温度并且对测量值进行温度校正。

按照另一优选实施形式规定，所述控制装置设计用于由射线强度传感器的传感器数据通过在时间上对照射强度进行积分确定照射量并且根据所述照射量控制照射时长和/或向射线源的能量输入。根据这种实施形式，借助射线强度传感器确定在制造过程中照射待硬化层期间由射线源发出的实际照射量。照射量由射线强度计算，其在照射时长上积分地由射线强度传感器检测。由此确定的照射量又可以用于直接调节照射时长或者向射线源的能量输入或者对两者进行调节，以便由此调节形成力求的照射量。这相当于用于调节形成期望照射量的闭环调节。在调节耗费较少的方法中，所确定的照射量可以用于进行一般的校正并且以规则的时间间隔、例如在制造过程的每五层中、每一层中或者在预设数量的运行小时之后再确定照射量并且必要时进行校正。尤其可以这样进行所述调节，从而在每层中确定照射量并且调节为额定预设值。

原则上可以想到的是，射线均匀化装置可以设置在本文开头所述的具有由容器和基底盘组成的结构单元的立体光刻设备发明的所有实施形式和扩展设计以及扩展形式中。

本发明还涉及一种立体光刻设备，其包括：用于容纳能通过照射硬化的液态的材料的容器、基底盘、用于在容器与基底盘之间产生相对运动的促动器装置、用于选择性地照射容器中的材料的照射设备，所述照射设备包括射线源和成像的掩蔽装置以及用于控制照射设备的控制装置，其中，所述控制装置设计用于在照射层之前将基底盘移动到提供间隙的位置中，所述间隙在最后制造的层与防粘薄膜之间具有预设的层间距，布置在间隙中的液体之后在确定的区域中被选择性地照射并且由此选择性地硬化，在照射布置在间隙中的液体之后，使基底盘移动一段脱离路程，所述脱离路程足够用于使选择性硬化的区域与防粘薄膜分隔开，其中，控制装置还设计用于由之前硬化的层的选择性硬化的区域的尺寸、尤其由所述层的被照射的像素数量确定脱离路程。

通过这样设计的立体光刻设备，解决了较长的制造时长问题的另一方面，其与所制造的层和防粘薄膜的脱离问题相关。原则上对于脱离过程和避免出现较高的力有利的是，这种防粘薄膜在一定程度上是弹性的并且松弛地处于底部上，以便由此能够通过剥离效应实现脱离。然而这种方式要求将层从防粘薄膜上抬升一段距离，所述距离大于下一个待制造的层的层厚。所述距离还不能明确地预设，也就是防粘薄膜与所制造的层有的情况下在较短距离之后就脱离了，在其它情况下在较长距离之后才脱离。所述问题按照本发明在避免耗费的设备技术和避免耗时的较大移动路程的情况下解决，方式为根据硬化的表面尺寸确定基底盘为了使防粘薄膜与最后制造的层脱离而抬升的距离。因此按照本发明使用能够简单确定的特征值来单独地在每个涂层过程之后确定距离。这对于只有非常小部分被硬化的层来说，基底盘可以只抬升非常小的距离，因为在这种情况下在非常短的抬升距离之后就已经实现了防粘薄膜的脱离。与之相对，在较大区域被硬化的层中，需要克服防粘薄膜与硬化的层区域之间的明显更强的粘附力，这只通过基底盘的较大移动距离就能实现。

在一种简单的近似中，可以设置相应层的硬化区域的尺寸与基底盘的移动路程的距离之间的比例关系。然而原则上也可以将表面尺寸与距离之间的其它关联使用在按照本发明规定的控制方式中。特别优选的是，由被照射像素的数量确定脱离路程。在此将可以特别简单地确定的、能够由制造数据直接推导的特征值用于确定基底盘抬升的距离。

原则上可以理解的是，针对与被照射表面相关的脱离路程扩展设计的控制装置可以设置在本文开头所述的具有由容器和基底盘组成的结构单元的立体光刻设备发明或者之前所述的具有射线均匀化装置的立体光刻设备发明的所有实施形式和扩展设计和扩展形式中。

本发明还涉及一种立体光刻设备，其包括：用于容纳能通过照射硬化的液态的材料的容器、基底盘、用于在容器与基底盘之间产生相对运动的促动器装置、用于选择性地照射容器中的材料的照射设备，所述照射设备包括射线源和成像的掩蔽装置以及用于控制照射设备的控制装置，其中，所述基底盘可旋转地支承并且基底盘的可旋转支承优选能够可拆卸地旋转固定。借助这种扩展设计，一方面能够将基底盘旋转固定地保持在立体光刻设备中，以便用较高的几何精度进行制造过程。但也可以松脱旋转固定并且使基底盘旋转，尤其围绕垂直于基底盘表面的轴线旋转。通过旋转可以甩出粘附在成型体上的多余液态材料。所述过程尤其可以在成型体制造完成之后进行，但只要可拆卸的旋转固定在这种旋转之后还能可重复再现地形成基底盘的准确定义的角位置，所述过程原则上也可以在制造过程中进行。

本发明还涉及一种立体光刻设备，其包括：用于容纳能通过照射硬化的液态的材料的容器、基底盘、用于在容器与基底盘之间产生相对运动的促动器装置、用于选择性地照射容器中的材料的照射设备，所述照射设备包括射线源和成像的掩蔽装置以及用于控制照射设备的控制装置，其中，设有顶出设备，所述顶出设备具有顶杆，所述顶杆能够从其没有伸出基底盘的制造位置运动到其伸出基底盘的顶出位置。前述的立体光刻设备也可以通过这种顶出设备扩展设计，所述顶出设备具有顶杆，所述顶杆能够从其没有伸出基底盘的制造位置运动到其伸出基底盘的顶出位置。

这种顶出设备用于使制造完成的成型体方便地与基底盘脱离并且在此避免或者降低成型体损坏的风险。顶出设备可以例如包括顶出杆，其延伸通过耦连杆内部的空腔并且在下端部与顶杆相连。顶杆可以集成地设计为这种顶出杆的端部区段或者可以设计为具有相对于顶出杆增大的横截面的顶杆或者可以设计具有多个彼此间隔的顶杆表面。为此目的，耦连杆可以设计为空心杆并且顶出杆导引穿过耦连杆。

具有顶出设备的立体光刻设备可以通过以下方式进行扩展设计，即，顶出杆形状配合地与耦连杆相连，以便传递围绕顶出杆纵轴线的旋转运动。所述形状配合式连接可以优选设计在布置于顶出杆上的顶杆与布置于耦连杆上的基底盘之间。由此可以避免顶出杆与耦连杆或者基底盘之间的旋转并且由此通过顶出杆或者固定在其上的手柄实现基底盘的旋转。

更优选的是，顶杆通过弹性元件如弹簧预紧在抬升的位置中并且通过弹性元件运动到顶出位置中。由此可以通过弹性元件产生定义的顶出力，所述弹性元件使制造完成的成型体无破坏地脱离。

最后优选的是，控制装置设计用于这样控制照射设备，使得在最接近基底盘的成型体材料层中，相邻于顶出设备的顶杆布置的材料区域不同于材料层的其它区域地被照射。所述不同的照射可以例如这样进行，使得

-相邻于顶出设备的顶杆布置的材料区域不被照射并且因此不硬化，

-相邻于顶出设备的顶杆布置的材料区域以较低的射线强度被照射并且因此以较小的程度硬化，或者

-相邻于顶出设备的顶杆布置的材料区域以选择性的照射几何形状被照射，例如根据蜂窝结构类型、根据点状图案类型或者类似图案的照射几何形状被照射并且因此只在预设区域内硬化。

这种扩展设计实现了成型体在顶杆上的较弱的粘附并且由此简化了顶出过程之后成型体与顶杆的脱离。

原则上可以理解的是，这样设置的顶出设备可以设置在本文开头所述的具有由容器和基底盘组成的结构单元的立体光刻设备发明的、在其之后所述的具有射线均匀化装置的立体光刻设备发明的或者之前所述的具有控制装置的立体光刻设备发明的所有实施形式和扩展设计和扩展形式中，所述控制装置设计用于根据被照射表面的尺寸确定脱离路程。

按照本发明的另一方面，本发明所要解决的技术问题通过本文开头所述类型的方法解决，其中，将容器和基底盘作为一个结构单元共同装入框架设备中。所述方法实现了在设备中提供的理念，即，将容器和基底盘作为一个结构单元装入框架设备中并且由此作为这种结构单元预存。相应于之前的描述，容器和基底盘为此尤其这样彼此定位在预装配的状态中，使得基底盘处于容器的底部上。

按照本发明的方法可以通过以下方式扩展设计，即通过能够被照射设备的射线透过的底板进行选择性地进行照射。

所述方法可以通过以下方式进一步扩展设计，即容器具有内部空间，基底盘布置在内部空间中并且所述内部空间通过在整个周向上侧面限定的容器侧壁相对于照射设备的照射波长中的射线被屏蔽。

所述方法可以通过以下方式进一步扩展设计，即容器盖子可拆卸地与容器相连并且封闭容器，优选流体密封地封闭，并且内部空间通过盖子相对于照射设备的照射波长中的射线被屏蔽。

所述方法可以通过以下方式进一步扩展设计，即与基底盘相连的耦连杆延伸穿过盖子并且在盖子中，基底盘相对于容器的相对运动作为轴向运动沿耦连杆的纵向导引。

所述方法可以通过以下方式进一步扩展设计，即在将容器装入框架设备中时借助耦连装置将耦连杆与机械促动器可拆卸地耦连，容器与基底盘之间的相对运动通过耦连装置和耦连杆传递，并且在制造三维成型体之后再借助耦连装置将耦连杆从机械促动器上拆下，并且将容器与耦连杆和基底盘共同地作为一个结构单元从框架设备中取出。

所述方法可以通过以下方式进一步扩展设计，即借助电子控制设备控制成型体的逐层制造，方式为控制促动器装置和照射设备用于执行步骤序列，并且电子控制设备在步骤序列开始之前控制混合过程，在所述混合过程中促动器装置至少一次、优选多次地被控制，以便共同地相对运动一段包含多个层厚的路程。

所述方法可以通过以下方式进一步扩展设计，即借助电子控制设备控制成型体的逐层制造，方式为控制促动器装置和照射设备用于执行步骤序列，并且在最后执行的步骤序列之后，电子控制设备控制促动器装置用于将基底盘和逐层制造的成型体运动到处于容器中的液态材料上方的位置中。

本发明的另一方面是一种用于借助立体光刻制造三维成型体的方法，具有以下步骤：将容器固定在框架设备上，所述容器中布置有能通过照射硬化的液态的材料，通过多次地重复具有以下步骤的步骤序列逐层地制造三维成型体：借助固定在框架设备上的促动器装置将可拆卸地固定在框架设备上的基底盘相对于容器运动一段预设的层厚，通过液态的材料填充由于相对运动产生的间隙，并且选择性地使布置在间隙中的材料硬化，方式为借助固定在框架设备上的照射设备选择性地在待硬化的区域中照射材料，其中，射线源产生射线，所述射线在射线均匀化装置中被均匀化并且在经过射线均匀化装置之后这样选择性地被导引或者选择性地被屏蔽，使得布置在间隙中的材料的待硬化区域被照射并且不是待硬化的区域不被照射。

所述方法可以通过以下方式扩展设计，即借助射线强度传感器检测射线的强度，将射线强度传感器的传感器信号传输至控制装置并且控制装置根据传感器信号控制照射。

所述方法可以通过以下方式进一步扩展设计，即根据传感器信号确定射线源的射线功率相对于射线源的原始射线功率的减小程度，并且根据所述减小程度提高照射时长和/或向射线源的能量输入，或者方式为根据传感器信号、优选由在时间上积分的射线强度确定射线量，并且根据射线量控制照射时长，尤其在达到预设的射线量之后停止照射。

所述方法可以在以下情况下进一步扩展设计，即在照射层之前将基底盘移动到提供间隙的位置中，所述间隙在最后制造的层与防粘薄膜之间具有预设的层间距，布置在间隙中的液体之后在确定的区域中被选择性地照射并且由此选择性地硬化，在照射布置在间隙中的液体之后，使基底盘移动一段脱离路程，所述脱离路程足够用于使选择性硬化的区域与防粘薄膜分隔开，方式为由选择性硬化的区域的尺寸、尤其由被照射的像素数量确定脱离路程。

所述方法还可以通过以下方式进一步扩展设计，即选择性硬化的区域越大或者被照射的像素的数量越高，脱离路程就越长。

所述方法还可以通过以下方式进一步扩展设计，即借助顶杆将制造完成的成型体从基底盘上移除，所述顶杆与基底盘对齐并且与顶出杆相连。

最后，所述方法可以通过以下方式进一步扩展设计，即在制造完成成型体之后，通过旋转基底盘将未硬化的液体从成型体上移除。

在所述方法和方法的扩展设计中定义的方法特征方面参照与之对应的设备特征，按照所述设备特征可以优选地设计所述设备，以便在按照本发明的设备中实现这些方法步骤。为此给出的阐述、备选方案和优点能够类似地用于按照本发明方法的相应扩展设计。

根据附图阐述优选的实施形式。在附图中：

图1示出从侧面斜上方观察的本发明的一种优选实施形式的立体图；

图2示出按照图1的视图移除了容器的情形；

图3示出按照图1的实施形式的纵剖的正视图；

图4示出按照图1的实施形式的纵剖的侧视图；并且

图4a示出图4中的区域X的细节视图；

图5示出从斜下方观察按照图1的实施形式的纵剖立体图；并且

图5a示出图5中的区域Y的细节视图；并且

图6示出按照图1的实施形式的照射设备的纵剖的后视图。

参照附图，按照本发明的立体光刻设备具有框架设备，所述框架设备原则上由框架基板10、设置于其上的框架柱11和固定在框架基板10下侧上的框架支架12组成。在框架支架12上固定有照射设备20，其原则上布置在基板10下方。照射设备设计为投影仪并且包括具有物镜的数字投影单元21，所述数字投影单元可以例如按照LCD-、DLP-、LED-、LCOS-投影技术设计。借助投影仪可以投射整个图像并且由此实现在层平面内部对确定区段的选择性照射。

投影单元21布置在基板下方并且具有竖直向上指向的光路。投影单元21与控制装置30耦连，所述控制装置具有外部的信号入口，通过其可以控制用于三维成型体的逐层构造的各个连续制造步骤的投影单元21的图像序列。

原则上可以理解的是，取代具有物镜的投影单元也可以设置其它照射设备，例如也可以借助激光进行照射，所述激光可以通过适当的镜面或者其它转向系统这样转向，从而借助激光进行选择性照射。

照射设备20从下方指向窗口16，所述窗口装入框架基板10中。在窗口16侧面，耦连装置13a、13b固定在框架基板10上。所述耦连装置13a、13b用于将容器承载板14锁定在相对于框架基板10定义的位置中并且为此目的具有相应的曲杆元件。

在容器承载板14中设计有开口，所述开口由环形的定位辅助件15包围。所述定位辅助件15设计为定心环并且用于将容器40定位在容器承载板14上的定义位置中并且由此定位在相对于框架基板10的定义位置中。

容器40设计为圆柱形容器，其具有横截面呈圆形的侧壁41。所述侧壁41由不能被照射设备20的射线穿透的材料制成，尤其是不能透过可见光和紫外线的材料。圆柱形容器40的纵轴线竖直地延伸并且用附图标记100表示。

耦连杆50沿着纵轴线100从上方延伸到容器40的容器内部空间中。耦连杆50在其下端部承载基底盘60，所述基底盘设计为横截面呈圆形并且因此呈盘状的基底盘。所述基底盘60与耦连杆50固定相连。

基底盘在其外边缘处具有在按照图4a的细节视图中可以看出的环绕的凸缘61，其向下延伸了0.05mm的较小高度。凸缘用于在基底盘60与布置在容器40的底板44上方的防粘薄膜44a之间提供适合用于制造第一层的距离。凸缘61还用于使得防粘薄膜44a在基底盘和防粘薄膜之间相对运动时不会在中间的重要曝光区域中受到磨损，而是只在凸缘的外部区域中受到磨损。

耦连杆借助耦连杆夹紧单元51固定在框架柱11上。耦连杆夹紧单元51又包括曲杆夹紧装置并且设计用于摩擦配合地夹紧耦连杆。必要时可以在耦连杆与耦连杆夹紧单元之间设置形状配合连接，其在耦连杆夹紧单元51与耦连杆50之间沿轴线100的纵向建立耦连杆的定义位置，以便实现耦连杆相对于框架设备10、11的位置的准确参考过程。

耦连杆具有环形槽50a，其在其外周面中加工出一个高度，使得啮合到环形槽中的固定销43轴向地支撑耦连杆50。在所述支撑位置中，基底盘60抬升到最上部位置并且制造完成的成型体通常处于液体池外部。这种方式轴向固定的位置允许了旋转运动，其通过基底盘施加在成型体上并且可以用于将多余的液体从成型体上甩出。所述多余的液体随即甩到侧壁41上并且可以流入或者滴入液体池中并且由此回收利用。

耦连杆夹紧单元51可移动地在框架柱11上导引，以便沿圆柱体纵轴线100的方向运动。在框架柱11内部布置有促动器单元，所述促动器单元用于使耦连杆夹紧单元并且因此使固定在其上的耦连杆50沿竖直方向运动并且由此提供用于在基底盘上逐层地制造成型体所需的连续竖直运动。框架柱11内部的促动器单元优选设计为通过步进电动机驱动的蜗杆传动器。

在耦连杆夹紧单元51与基底盘60之间，耦连杆50在盖子42中导引，以便沿着其纵向进行轴向移动。盖子42同样由不能被照射设备20的射线穿透的材料制成，尤其由不能被可见光和紫外线穿透的材料制成。盖子42借助具有O形密封件的凸肩流体密封地装入形成于容器侧壁41的上侧上的开口中。盖子中的中央钻孔用于耦连杆50的轴向导引。耦连杆50可以借助径向啮合到盖子中的钻孔内的螺栓43在盖子中借助环形槽50a轴向固定，以便固定基底盘60在容器40内部的确定的竖直位置。

图5和图5a示出用于使制造完成的成型体与基底盘脱离的顶出机构。所述顶出机构包括顶出杆70，其在设计为空心杆的耦连杆50的内部导引并且与耦连杆50同中心地延伸。在顶出杆70的上端部处布置有手柄71，其用于将纵向力传递至顶出杆并且将旋转运动传递至顶出杆。

顶出杆70完全延伸穿过耦连杆50并且在下端部在基底盘60的区域内与顶出盘72相连。所述顶出盘72具有星形的几何形状并且接合到基底盘60中的相应的星形凹处62中。由此形成了反作用于顶出盘和基底盘或者耦连杆之间的旋转的形状配合连接。顶出杆在其上端部处具有与手柄71中的内螺纹共同作用的外螺纹。手柄71支撑在耦连杆50的上端侧的端部上，因此通过手柄71围绕纵轴线100的旋转，操作杆可以相对于耦连杆运动并且尤其被拉到抬升位置中。当顶出杆70向上处于其最大端部位置中时，星形的顶出盘72处于基底盘60的相应星形的凹处62中并且顶出盘72和基底盘60的下表面对齐。顶出盘72借助设计为压力弹簧的螺旋弹簧73预紧在上部位置中。如果旋转手柄71并且由此使顶出杆从最上部位置中下降，则螺旋弹簧在顶出盘上施加顶出力，其做够用于使制造完成的成型体与基底盘脱离并且对于固定粘附在基底盘上的成型体必要时可以通过在手柄71上施加压力进行增强。

通过弹簧力和必要时附加施加的压力，顶出盘以其下表面从基底盘60的下表面中移出或者向构造在基底盘和顶出盘上的成型体施加压力。成型体由此与基底盘的表面脱离。

成型体可能还粘附在顶出盘72的表面上。原则上可以在制造直接构造于基底盘60上的第一层时这样进行过程控制，使得不在顶出盘72的星形区域中进行曝光，从而在此形成空腔并且不会粘附在顶出盘上。由此可以借助顶出盘72实现成型体与基底盘的完全脱离。

通过顶出盘72和凹处62的星形轮廓，在顶出盘72与基底盘60之间实现了形状配合连接。所述形状配合连接可以将通过手柄71导入的旋转运动从顶出杆70传递至基底盘60。由此可以将旋转运动施加在基底盘和成型于其上的成型体上。旋转运动尤其在以下情况下是有帮助的，即耦连杆借助环形槽50a锁定在抬升位置中并且制造完成的成型体由此保持在液体池上方，以便能够通过由此产生的离心力将未硬化的液体从成型体上甩出并且滴到液体池中。

图5a还示出了由处于最上部并且指向容器40的内部空间的FEP薄膜或者防粘薄膜44a和直接布置在其下方的容器40的底板44组成的结构，所述底板通常由玻璃制成。在边缘区域中，底板和FEP薄膜通过环绕的O形环48相对于侧壁41并且彼此间密封。玻璃板在此借助处于下方的具有法兰螺栓49a的法兰49固定并且由此挤压O形环密封件并且因此实现密封效果。

容器在其下侧具有射线可穿透的底板44。所述底板形状配合地并且密封地装入容器侧壁41中并且能够使射线从照射设备20进入容器内部空间并且尤其到达基底盘60的下侧。

在底板的上侧，也就是指向容器内部空间的一侧，如图5a的细节视图可以看出，布置有FEP薄膜44a，其在其整个周向上流体密封地在容器的底板和侧壁之间张紧。在底板与FEP薄膜之间形成了非常小的气体体积，其沿竖直方向具有优选不大于0.1mm的厚度。薄膜的拉紧结合流体密封地形成的体积，能够借助剥离效应通过竖直地抬升成型体不费力地使成型体与薄膜脱离，所述剥离效应通过流体密封地包封的体积的几何形状改变实现。

容器42通过锁销式连接形式的侧面销钉45锁定在容器40的侧壁41中。容器40和基底盘60作为一个结构单元预装配，所述结构单元还包括盖子42。所述由容器40和基底盘60组成的预装配的结构单元随即可以装入框架设备中，方式为将容器以其下侧装入定心环15中。接着可以借助耦连杆夹紧单元51将耦连杆50固定在框架柱11上并且由此形成用于基底盘60的竖直移动的耦连。

在松脱耦连杆夹紧单元51之后，容器40可以与耦连杆50和布置在其中的基底盘60共同在框架基板10上移动，方式为松脱耦连设备13a、b并且借助固定在其上的拉手16向前拉容器承载板14。这能够将由容器承载板14、容器40、基底盘60和耦连杆50组成的整个结构单元从设备中取出或者移动，或者将这些部件共同装入立体光刻设备中。由此能够快速地更换容器和处于其中的液体，因此在三维成型体在基底盘60下侧上的容器内部的制造过程结束之后可以通过相应的更换直接在第二容器中进行制造。通过按照本发明的立体光刻设备实现的制造周期时间由此相对于现有技术明显减少，同时由于其相对于污染及光在容器40内部光作用的封装改善了可硬化的液体在制造所用的容器内部的长期质量。

图6以剖视图示出照射设备20。所述照射设备20包括功率较强的LED22，其沿水平方向发出具有部分视觉可见光线的射线。光线在实际中完全入射到光线均匀化装置23中。所述光线均匀化装置是横截面呈六边形的杆，其沿水平的纵向延伸并且由硼硅酸盐-冕牌玻璃制成。光线均匀化装置用于使在其入射端23a入射的LED22的不均匀的光线通过在光线均匀化装置的侧壁上的多次反射被均匀化并且作为均匀的光场在端侧的出射面23b射出。

从出射面23b出发，光线进入图像转换设备24的开口中。所述图像转换设备24可以设计为DLP元件或者以LCD技术设计。图像转换设备24由控制单元控制并且由均匀入射的光束产生遮掩的图像，其呈现了待制造的成型体的横截面的图像，对应于相应待制造的层。在此，成型体的所有实心的并且因此应经过液体硬化的区域未被遮掩并且通过均匀光线曝光，而所有其它区域被遮掩并且因此不被曝光。

在图像转换设备24内部，均匀的并且被遮掩的光线被镜像反射90°并且竖直向上地从照射设备20中射出。

在光线均匀化装置23侧面布置有光线强度传感器25。所述光线强度传感器装入与光线均匀化装置23相邻布置的盖板中并且检测光线均匀化装置23的侧壁的光强度。所述光强度与由LED22发射的光强度相关并且运行经过光线均匀化装置23。光线强度传感器25与控制单元30相连以传输信号并且向控制单元30传输与LED的光线强度相关联的信号，这在控制单元内部用于制造过程的流程控制。

光线强度传感器可以设计为光电二极管并且同时由于大约随着温度线性变化的PN半导体通路的正向电压能够作为温度传感器运行。组合式的光线强度/温度传感器可以交替地测量光强度和温度并且因此实现了温度校正的光强度检测。光线强度传感器的通过温度变化产生的由于迁移造成的测量值不准确性能够以此方式进行补偿。作为对此的备选，可以相邻于光线强度传感器布置单独的温度传感器并且通过所述温度传感器检测光线强度传感器的温度。

在此，制造方法的按照本发明的流程如下进行：

用可硬化的液体填充的容器40与固定在耦连杆50上的基底盘60和沿轴向导引基底盘的容器盖子42预装配。所述预装配的由容器和基底盘以及耦连杆组成的结构单元设置在容器承载板14上并且将容器承载板14移入在附图中显示的制造位置中并且借助耦连设备13a、13b锁定在所述位置中。

在此，基底盘60在容器40的底板44上方的防粘薄膜44a上处于通过凸缘61定义的参考位置中。在所述位置中，基底盘60被保留并且耦连杆50借助耦连杆夹紧单元51与促动器单元耦连以使基底盘进行竖直运动。

这已经是用于进行立体光刻制造方法的所有准备操作步骤。在之后或者在将结构单元装入立体光刻设备之前，用于对各层进行选择性照射所需的数据已经传输至控制单元30。然而，所述传输也可以在制造过程期间实时地通过来自外部控制装置的相应接口进行。

容器在其下侧具有可透过射线的底板44。所述底板形状配合地并且密封地装入容器侧壁41中并且能够使射线从照射设备20进入容器内部空间并且尤其到达基底盘60的下侧。

在将耦连杆夹紧单元51固定在耦连杆50上之后，通过促动器单元首先将基底盘提高多个层厚，例如2cm的路程并且再下降到处于底板上的原始位置中，以便实现液体在容器中的混合。所述过程在必要时可以多次进行。

随即通过控制设备30或者必要时通过外部控制装置控制制造流程。第一层可以直接通过曝光制造，因为基底盘通过凸缘61已经以为此合适的距离处于防粘薄膜44a上。此后制造第二层。为此，在第一步骤中借助促动器单元通过耦连杆夹紧单元51和耦连杆50将基底盘60抬升多个层厚。由此将防粘薄膜与第一个制造的层脱离。所述脱离过程通过剥离效应支持，所述剥离效应通过形成于防粘薄膜44a与底板44之间的负压和基底盘的竖直向上指向的脱离力产生。基底盘抬升以实现脱离的路程可以借助力传感器控制，所述力传感器测量抬升力并且将脱离记录为突然的力下降。

备选地，基底盘从防粘薄膜上抬升以实现防粘薄膜脱离的路程可以在控制单元中由之前被照射的层的表面尺寸确定。在此适用这样的关联，即之前产生的层的被照射面越大，也就是之前被照射的像素的数量越高，路程就必须越大。

在将基底盘抬升所述路程并且防粘薄膜与最后产生的层脱落之后，再将基底盘下降。下降的路程减去了下一个待制造的层的层厚。由此在这次下降之后在最后产生的层与防粘薄膜之间形成缝隙，所述缝隙相当于下一个待制造的层的层厚。

通过可硬化的液态材料在区域40中的液位，在基底盘向上运动时，材料被吸入或者流入由此在底板与基底盘之间产生的间隙中。因此，所述缝隙在基底盘下降之后由液体可靠地填充。

接着通过来自投影单元21的相应图像对由此形成的层进行曝光，其导致所述层的确定区域的选择性硬化。通过容器40的底板的涂层，硬化的区域不粘附在底板上，只粘附在基底盘上。

接着再次控制促动器单元，以便将基底盘60抬升另一层厚。由此又在之前硬化的层与容器底板之间形成层厚尺寸的缝隙。所述缝隙又通过可硬化的液态材料填充并且又通过图像(其相应于所述层中的待形成的成型体的横截面几何形状)相应地曝光并且由此硬化。硬化的层区域在此与之前硬化的层相连，然而不与容器40的底板相连。

所述过程连续地重复多次，直至以此方式逐层地构造整个成型体。接着通过促动器单元将基底盘60抬升到处于液体池上方的抬升位置中，因此(液体)可以从成型体上滴下来。在确定的时间间隔之后，可以通过松脱由耦连杆夹紧单元51形成的夹紧并且将容器承载板14向前拉而方便地从立体光刻设备中取出由容器、基底盘和当前形成于其上的成型体和耦连杆组成的结构单元，以便之后慎重地将制造完成的成型体与基底盘脱离。在取出所述结构单元之后，可以直接将由容器、基底盘和盖子以及耦连杆组成的第二结构单元放置在容器承载板14上并且直接开始第二制造过程。

Claims (19)

1.一种立体光刻设备，包括：

-用于容纳能通过照射硬化的液态的材料的容器(40)，

-基底盘(60)，

-用于在容器与基底盘之间产生相对运动的促动器装置，

-用于选择性地照射容器中的材料的照射设备(20)，所述照射设备包括

·射线源，和

·成像的掩蔽装置

-用于控制照射设备的控制装置(30)，

其特征在于，促动器装置和照射设备固定在框架设备(10、11、12)上，并且容器和基底盘组合为一个结构单元，并且由容器和基底盘组成的结构单元共同装入框架设备中，在其中借助固定设备(13a、13b、15)可拆卸地固定并且能够共同从框架设备中移除。

2.按权利要求1所述的立体光刻设备，

其特征在于，所述容器具有不能被照射设备的射线穿透的侧壁(41)。

3.按前述权利要求之一所述的立体光刻设备，

其特征在于，设有盖子(42)，所述盖子可拆卸地与容器相连并且气密地和液体密封地封闭容器。

4.按权利要求3所述的立体光刻设备，

其特征在于，所述促动器装置包括耦连杆(50)，所述耦连杆与基底盘相连并且延伸穿过盖子。

5.按权利要求1所述的立体光刻设备，

其特征在于，所述促动器装置包括耦连杆，所述耦连杆与基底盘相连并且所述耦连杆借助耦连装置可拆卸地与机械的促动器耦连，以便在容器与基底盘之间传递相对运动。

6.按权利要求1所述的立体光刻设备，

其特征在于布置在容器内部的照明装置，所述照明装置设计用于通过可见光照亮容器的内部空间，所述可见光的波长不适合于使液态材料硬化，或者

其特征在于第二容器，所述第二容器具有布置在第二容器内部的照明装置，所述照明装置设计用于通过射线照亮容器的内部空间，所述射线的波长适合于使液态材料硬化，其中，框架设备具有用于选择性地将所述容器或者第二容器固定在定义的位置中的固定单元。

7.按权利要求1所述的立体光刻设备，

其特征在于另一容器，所述另一容器具有盖子和布置在另一容器中的基底盘，所述基底盘与导引穿过盖子的耦连杆相连，

其中，所述框架设备具有用于选择性地将所述容器或者另一容器固定在定义的位置中的固定单元。

8.按权利要求1所述的立体光刻设备，

其特征在于，所述容器具有能够被照射设备的射线穿透的底板并且照射设备设计用于从下方将射线导入容器中。

9.按权利要求8所述的立体光刻设备，

其特征在于，在底板的指向容器内部空间的一侧上

-设有防粘涂层，或者

-布置有防粘薄膜，所述防粘薄膜在其周向区域内流体密封地相对于底板密封并且在底板与防粘薄膜之间形成非常小的容积。

10.按权利要求8或9所述的立体光刻设备，

其特征在于，所述底板可拆卸地并且密封地与容器侧壁相连。

11.按权利要求1所述的立体光刻设备，

其特征在于，所述控制装置设计用于执行以下步骤，

-在照射层之前将基底盘移动到这样的位置中，该位置使得在最后制造的层与防粘薄膜之间形成具有预设的层间距的间隙，

-布置在间隙中的液体之后在确定的区域中被选择性地照射并且由此选择性地硬化，

-在照射布置在间隙中的液体之后，使基底盘移动一段脱离路程，所述脱离路程足够用于使选择性硬化的区域与防粘薄膜分隔开，

其中，控制装置还设计用于由之前硬化的层的选择性硬化的区域的尺寸确定脱离路程。

12.按权利要求1所述的立体光刻设备，

其特征在于设有顶出设备，所述顶出设备具有顶杆，所述顶杆能够从其没有伸出基底盘的制造位置运动到其伸出基底盘的顶出位置。

13.按权利要求1所述的立体光刻设备，

其特征在于，所述基底盘可旋转地支承并且基底盘的可旋转支承能够可拆卸地旋转固定。

14.按权利要求3所述的立体光刻设备，

其特征在于，所述盖子不能被照射设备的射线穿透。

15.按权利要求4所述的立体光刻设备，

其特征在于，所述耦连杆在盖子中被导引用于沿耦连杆的纵向进行轴向移动。

16.按权利要求11所述的立体光刻设备，

其特征在于，控制装置还设计用于由所述层的被照射的像素数量确定脱离路程。

17.一种用于借助立体光刻制造三维成型体的方法，具有以下步骤：

-将容器固定在框架设备上，所述容器中布置有能通过照射硬化的液态的材料，

-通过多次地重复具有以下步骤的步骤序列逐层地制造三维成型体：

○借助固定在框架设备上的促动器装置将可拆卸地固定在框架设备上的基底盘相对于容器运动一段预设的层厚，

○通过液态的材料填充由于相对运动产生的间隙，并且

○选择性地使布置在间隙中的材料硬化，方式为借助固定在框架设备上的照射设备选择性地照射在待硬化的区域中的材料，

其特征在于，将容器和基底盘作为一个结构单元共同装入框架设备中。

18.按权利要求17所述的方法，

其特征在于，选择性的照射通过能够被照射设备的射线穿透的底板实现。

19.按权利要求17或18所述的方法，

其特征在于，与基底盘相连的耦连杆延伸穿过盖子并且在盖子中被导引以实现基底盘相对于容器的相对运动作为沿耦连杆纵向的轴向运动。

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